Spessore minimo delle pareti per la stampa 3D

La scelta dello spessore delle pareti è una delle decisioni più importanti durante la progettazione di parti per la stampa 3D. Se le pareti delle parti sono troppo spesse, il costo di produzione sarà più alto, la stampa richiederà più tempo e si potrebbero verificare delle rotture. Se invece sono troppo sottili, la parte potrebbe non essere funzionale, o potrebbe deformarsi durante la stampa, e anche in questo caso questo farà aumentare i costi di produzione in quanto sarà necessario riprogettarla.

Saper individuare il giusto spessore minimo della parete per la stampa 3D ti aiuterà a migliorare il design e a ridurre i costi di produzione.

Linee guida e definizioni di base

Prima di immergerci nelle specifiche del calcolo dello spessore minimo della parete, è utile chiarire la terminologia più importante.

Che cos’è lo spessore minimo delle pareti?

Lo spessore minimo delle pareti è lo spessore più sottile che una struttura può avere pur mantenendo la funzionalità desiderata. Questo valore minimo è influenzato da diversi fattori, tra cui il tipo di processo di stampa 3D che si utilizza per stampare, le forze fisiche costanti (come la gravità) e la pressione che verrà applicata alla struttura che si sta creando.

Pensiamo a una matita di grafite. Più sottile è la punta e più lungo è lo stelo, minore sarà la pressione che la grafite può sopportare. Il punto di rottura preciso cambierà a seconda della persona, perché ognuno esercita una pressione diversa sulla matita. Funziona così anche per le strutture stampate in 3D.

Pareti con supporto e senza supporto

Una parete senza supporto si collega a un’altra parete solo su un lato (o su un bordo). Una parete con supporto è collegata ad altre due pareti (su due o più lati).

Diametro cilindro verticale

Mentre le pareti sono superfici piane, i cilindri sono arrotondati. Vista la diversa forma fisica, il loro spessore minimo è espresso come diametro minimo del cilindro. Per un pilastro o un cilindro verticale, si dovrà calcolare il diametro minimo del cilindro verticale (o spessore nel punto più largo della sezione circolare).

Dettagli goffrati e incisi

Per calcolare lo spessore minimo e massimo dei dettagli più elaborati è importante comprendere la differenza tra goffratura e incisione. I dettagli goffrati sono quelli che sporgono da un design verso l'esterno, mentre i dettagli incisi sono quelli che risultano intagliati nella superficie (concavi).

Come calcolare lo spessore minimo delle pareti per la stampa 3D

Per scegliere lo spessore delle pareti perfetto per il tuo design, è necessario considerare tre cose: lo scopo del design, gli obiettivi estetici e il processo fisico di stampa 3D. 

Spessore minimo delle pareti per processo di stampa 3D

Lo spessore minimo delle pareti varia a seconda del tipo di stampante 3D. Puoi utilizzare le seguenti linee guida di progettazione come punto di partenza per scegliere il giusto spessore delle pareti per il tuo modello in base al processo di stampa 3D che intendi utilizzare:

In molti casi, i produttori di stampanti 3D o i fornitori di servizi di stampa 3D offrono guide di progettazione con consigli sullo spessore delle pareti basati su test eseguiti su modelli di stampante specifici. 

In generale, tra tutte le tecnologie di stampa 3D, le stampanti 3D SLA sono quelle in grado di creare pareti più sottili, ma ci sono differenze tra i diversi apparecchi. Ad esempio, la Form 3+, la stampante SLA di Formlabs, offre più libertà di progettazione rispetto al modello precedente Form 2, perché utilizza un serbatoio resina flessibile che riduce in maniera significativa le forze di distacco durante la stampa.

Con le stampanti 3D FDM, lo spessore delle pareti consigliato potrebbe variare anche in base alle dimensioni dell’ugello utilizzato. Ad esempio, se si utilizza un ugello da 0,4 mm, lo spessore minimo delle pareti deve essere divisibile per 0,4. Per questo motivo, invece di utilizzare uno spessore minimo di 1 mm, come indicato nella tabella, è probabile che si ottengano risultati migliori con pareti spesse 1,2 mm o utilizzando un ugello più sottile. 

Lo spessore minimo delle pareti per le stampanti 3D SLS è una via di mezzo tra quello delle stampanti SLA e FDM, ma offre alcuni vantaggi unici, dal momento che la sinterizzazione laser selettiva non richiede strutture di supporto, perché la polvere non sinterizzata circonda le parti durante la stampa. Grazie alla stampa SLS è possibile realizzare geometrie complesse impossibili, ad esempio parti a incastro o mobili, parti con componenti o scanalature interiori e altri design estremamente complessi.

Come verrà utilizzato il design?

Lo scopo della parte stampata è fondamentale per scegliere non solo il corretto spessore della parete, ma anche il materiale di stampa 3D. Se ad esempio stai progettando una parte flessibile da stampare con la Flexible 80A Resin, le pareti dovranno essere abbastanza spesse da consentire la compressione del pezzo ma abbastanza sottili da non limitarne il movimento. 

La resistenza agli urti e il carico di rottura del materiale di stampa 3D selezionato influiranno anche sullo spessore ideale della parete. Ad esempio, la Rigid 10K Resin per le stampanti 3D SLA di Formlabs è rinforzata con vetro per offrire una rigidità molto elevata, il che la rende altamente resistente alla deformazione nel tempo e ottima per la stampa di pareti sottili.

Se invece stai stampando componenti di produzione come stampi per termoformatura o supporti di produzione che dovranno resistere a forze o pressioni ripetitive, è meglio lavorare con parti solide o pareti più spesse. Le pareti molto sottili non saranno abbastanza resistenti per sopportare diversi cicli.

Quali devono essere le caratteristiche superficiali del design?

Il colore, la finitura superficiale e la precisione dei dettagli sono importanti, soprattutto quando si stampano prototipi, miniature o installazioni artistiche. La buona notizia è che, tenendo conto dello spessore consigliato fin da subito, è possibile progettare il pezzo in modo che funzioni bene con le limitazioni della stampa 3D. 

Se ad esempio devi progettare una miniatura che indossa una camicia abbottonata e i bottoni saranno dettagli goffrati, è possibile fare dei calcoli rapidi per assicurarsi che i bottoni siano abbastanza spessi da essere chiaramente visibili nella miniatura stampata e posizionati alla giusta distanza.

Limitazioni da considerare

Ci sono alcuni elementi comuni di cui tutti i designer devono tenere conto nel preparare modelli per la stampa 3D. Comprendere queste limitazioni ti aiuterà a evitare di dover ristampare i modelli.

Perdita di dettagli durante il ridimensionamento

I problemi di spessore delle pareti sono spesso il risultato della distanza tra i processi di modellazione e di stampa. I modelli potrebbero apparire strutturalmente solidi nel software di progettazione CAD, ma poi non funzionare nel mondo reale. Ad esempio, è probabile che dettagli architettonici come tende da sole diventino troppo sottili quando si adatta in scala un intero edificio per creare un modello da tavolo.

Deformazione

Se le pareti sono troppo sottili si corre il rischio che la parte stampata si deformi o si rompa durante o dopo la stampa. Durante la stampa, ogni strato del design stampato deve avere una superficie di contatto sufficiente con quelli stampati prima, altrimenti le parti risultanti potrebbero essere cedevoli, piegate o completamente separate in determinati punti.

Dopo la stampa, il design dovrà essere in grado di resistere alla pulizia e all'uso prolungato. Anche se stai progettando una miniatura che rimarrà appoggiata su uno scaffale per sempre, è più probabile che le pareti sottili si deformino e si rompano una volta staccate dalle strutture di supporto.

Arricciatura

Nei processi di stampa 3D che usano la fusione o la sinterizzazione delle materie prime, come stampa FDM o SLS, gli angoli sono particolarmente suscettibili ad arricciatura. A seconda della forma, del profilo e dello spessore delle pareti del progetto, alcune aree si raffredderanno più velocemente di altre. Il forte sbalzo di temperatura può provocare l'arricciamento di aree come gli angoli delle pareti.

Consigli per la progettazione e risoluzione dei problemi relativi allo spessore delle pareti per la stampa 3D

La maggior parte degli strumenti software di modellazione 3D offre varie funzionalità per aiutare a controllare e regolare lo spessore delle pareti del progetto prima della stampa. Ecco degli esempi con alcuni degli strumenti CAD più conosciuti:

In MeshMixer, usa Analysis → Thickness (Analisi → Spessore) per verificare che lo spessore delle pareti del modello sia nei limiti accettabili per la tecnologia di stampa 3D che utilizzerai. Nel caso in cui sia necessario aggiungere spessore a una mesh, è possibile utilizzare il comando Extrude (Estrusione). Seleziona l'area desiderata usando la modalità Brush (Pennello), che consente di selezionare (e deselezionare tenendo premuto il tasto Ctrl) triangoli singoli. Per uniformare la selezione, seleziona Modify → Smooth (Modifica → Uniforma bordo) dal menu a comparsa. Incrementando i parametri di Smoothness (Uniformità) e Iterations (Iterazioni), aumenterà anche la definizione della selezione. Ora, scegli Edit → Extrude (Modifica → Estrudi) (D) con Direction (Direzione) impostata su Normal (Normale).

Leggi il nostro tutorial MeshMixer con 15 consigli professionali per imparare a ottimizzare il mesh triangolare, riscolpire intere sezioni, stilizzare i modelli o aggiungere funzioni utili.

In Fusion 360, è possibile utilizzare la funzione Thicken (Aumenta spessore) per regolare lo spessore delle singole pareti.

In Rhino è possibile utilizzare la funzione Extrude Surface (Estrusione superficie) per creare pareti o piani più spessi.